基于FLUENT的涡流澄清池絮凝区流态分析与反应器组合配比研究

摘要

华东交通大学自主研发的涡流澄清技术因其具有处理效率高、出水水质好等优点，已广泛应用于净水厂和污水处理厂中，均取得良好的处理效果。但在应用中存在内部流态不清晰，微涡流反应器组合投配比按经验确定问题。本文利用数值模拟软件FLUENT对微涡流澄清池絮凝区内部流场进行模拟，对不同微涡流反应器组合投配比处理效果进行比选。本文研究的主要内容和结论如下。 （1）对在涡流澄清池内投放不同体积占比的微涡流反应器进行数值模拟研究，得到反应区速度云图、湍动能云图和迹线图。研究结果表明，投加微涡流反应器后池内流态分布比空池流态分布均匀，且随着反应器占比的增加，漩涡增多，涡旋尺度减小。 （2）取不同池高的截面，对比并分析微涡流反应器不同占比的涡流澄清池各个高度的平均速度、湍动能、能耗散和涡旋尺度。研究结果表明，不同占比微涡流反应器的平均速度、湍动能和能耗散随着池高升高而降低，涡旋尺度随着池高升高而增高。整个池体的平均涡旋尺度随着占比增加而减小，微涡流反应器的投加能降低池内涡旋尺度，但占比大于41.7%时，对涡旋尺度的降低效果不明显。 （3）模拟分析了不同型号微涡流反应器投配比对反应区流态的影响。相对单独投加HJTM-1型微涡流反应器，投加占比41.7%的HJTM-1型和27.1%的HJTM-2型微涡流反应器组合的流态更加均匀，各个高度的平均涡旋尺度降低，水力条件更优。 （4）模拟分析了HJTM-1型和HJTM-2型组合配比在不同流量（絮凝时间）下对反应区流态的影响，研究结果表明，在流量为8 m3/h（即絮凝时间为12.8 min）涡旋尺度为0.924mm，维持在较好的范围内。 （5）以微涡流反应器组合比、流量（絮凝时间）和投药量为控制因素，进行正交试验，以出水浊度和UV254去除率为考察指标，得到最佳工况为：投配比为投加40%HJTM-1型与30%HJTM-2型微涡流反应器组合，流量为8 m3/h，投药量为40 mg/L，与模拟结果相符。

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第一章绪论

1.1 引言

1.2 来源、目的及意义

1.2.1 研究来源

1.2.2 研究目的及意义

1.3 主要内容和技术路线

1.3.1 研究的主要内容

1.3.2 主要技术路线

第二章水处理絮凝技术及FLUENT软件的应用概述

2.1 水处理絮凝技术概述

2.1.1 絮凝机理

2.1.2 絮凝动力学

2.1.3 微涡流絮凝技术

2.2 计算流体力学概述

2.2.1 计算流体力学的发展

2.2.2 计算流体力学软件在水处理中的应用

第三章FLUENT基本理论及应用简介

3.1 FLUENT简介

3.1.1 程序结构

3.1.2 求解步骤

3.2 网格划分

3.2.1 网格类型

3.2.2 网格类型的选择

3.2.3 网格质量

3.3 边界条件

3.4 基本控制方程

3.4.1 质量守恒方程

3.4.2 动量守恒方程

3.4.3 能量方程

3.5 湍流模型

3.5.1 湍流模型简介

3.5.2 湍流模型选择

3.6 求解器

3.6.1 求解器格式

3.6.2 求解器运行使用

第四章微涡流澄清池絮凝区流场分析

4.1 微涡流澄清池模型建立

4.1.1 微涡流澄清池结构

4.1.2 微涡流澄清池模拟模型建立

4.1.3 网格生成

4.1.4 数学模型的建立

4.1.5 边界条件的设定

4.2 流态模拟的条件和反应器布置

4.2.1 模拟条件设定

4.2.2 反应器布置

4.3 模拟结果与讨论

4.3.1 不同占比反应器的流态模拟与分析

4.3.2 不同占比反应器不同高度的平均速度、湍动能、能耗散和涡旋尺度分析

4.3.3 不同占比反应器整个池体的平均速度、湍动能、能耗散和涡旋尺度分析

4.4 本章小结

第五章涡流澄清池絮凝区反应器组合配比研究

5.1 微涡流反应器组合配比数值模拟研究

5.1.1 模拟条件设定

5.1.2 结果与讨论

5.2 不同流量（絮凝时间）对涡流澄清池流场分布的影响

5.2.1 模拟的条件设定

5.2.2 结果与讨论

5.3 微涡流反应器组合配比试验研究

5.3.1 材料与方法

5.3.2 试验装置与仪器

5.3.3 试验设计

5.3.4 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢